DE3603602A1

DE3603602A1 - Verfahren zur verhinderung der bildung von ablagerungen von caso(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts) an der in der umkehr-osmose benutzten halbdurchlaessigen membran

Info

Publication number: DE3603602A1
Application number: DE19863603602
Authority: DE
Inventors: Sandor Dipl Ing Chem Dr Vajna
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1987-08-13

Description

Das auf bekannte Weise vorbehandelte Rohwasser wird auf einen speziellen, Cl-Ionen enthaltenden Anionenaustauscher gegeben und die SO₄-Ionen des Wassers werden durch die Cl-Ionen des Austauschers ersetzt. Der Restgehalt an SO₄- Ionen im Wasser ist danach so niedrig, daß ihre Konzentration in der ausgeführten UO kleiner ist als die zur Sättigung der Lösung an CaSO₄ notwendig wäre. Eine Belagbildung tritt auch in dieser Stufe nicht auf.

Die UO hat sich zur Entfernung von gelösten Stoffen, vor allem dissoziierten Salzen aus Rohwasser verbreitet. Sie eignet sich auch zur Herstellung von Trinkwasser aus Rohwasser.

Dabei wird das vorbehandelte Rohwasser in einen Behälter gefüllt, dessen eine Wand aus einer halbdurchlässigen (semipermeablen) Membran besteht. Dieser Behälter ist die UO-Zelle. Auf den Inhalt der Zelle wird Druck ausgeübt, worauf durch die Membran ein weitgehend salzfreies Wasser ausdiffundiert und die gelösten Salze in der in der Zelle verbliebenen Lösung bleiben. Infolge der Entfernung des Wassers aus der Zelle wird die Konzentration in dieser erhöht.

Die UO hat denjenigen Nachteil, daß die Durchlässigkeit der Membran nach Überschreiten der Konzentrationsgrenze des CaSO₄ stufenweise abnimmt, weil ihre Poren durch Ablagerung der CaSO₄-Kristalle verstopft werden. Man kann demzufolge die UO nur bis zu einer bestimmten Grenze wiederholen. Auch dann nimmt die Verstopfung der Poren stufenweise zu, so daß nach einer Zeit das Betreiben der Anlage nicht mehr wirtschaftlich ist. Deshalb wird die Anlage in diesem Fall abgestellt und die unbrauchbare Membran durch eine unbenutzte ersetzt.

Die Membran hat einen relativ hohen Preis, das Abstellen des Betriebs, Ausbau der untauglichen und Einbau der neuen Membran erfordert Arbeit und Kosten. Man bemüht sich deshalb, die Ablagerung des CaSO₄ zu verhindern. Ablagerung von anderen Stoffen, z. B. SiO₂ oder seinen Derivaten kommt viel seltener vor.

Es wurde überraschend gefunden, daß man die Konzentration der SO₄-Ionen in dem Rohwasser erheblich vermindern kann, wenn man das vorbahendelte Rohwasser nach Ansäuern durch Zugabe von HCl auf pH 3-4, auf einen spezifisch wirkenden schwach basischen Anionenaustauscher gibt, der Cl-Ionen enthält. Diese Ionen ersetzen nahezu vollständig die SO₄-Ionen des Wassers. Die Behandlung wird fortgesetzt, bis der Restgehalt der SO₄-Ionen unter eine vorbestimmte Grenze erniedrigt wird. Diese Grenze wird durch die Sättigungskonzentration der Lösung an CaSO₄ bestimmt, wobei natürlich auch der Gehalt an Ca-Ionen berücksichtigt werden muß. Solange, bis diese Grenze nicht erreicht ist, scheidet sich kein CaSO₄ aus.

Der spezifisch wirkende Anionenaustauscher besteht hauptsächlich aus Polyacryltetramin. Solche Produkte werden von mehreren Firmen hergestellt, wie z. B. die Firma Duolite, deren Produkt A 374, die Firma Rohm and Haas, deren Produkt IRA 60 genannt sind. Diese Austauscher sind schwach basische Anionenaustauscher. Jede wässrige Lösung, die den Austauscher erreicht, muß auf einen pH-Wert von 3-4 eingestellt werden. Dies bezieht sich sowohl auf die zu reinigende Lösung (Rohwasser und dgl.) wie auf das Waschwasser des Ionenaustauschers. Zur Ansäuerung wird am besten HCl benutzt. Die Totalkapazität dieser Ionenaustauscher liegt bei etwa 2,2-2,4 val/l Austauscher. Die nutzbare Kapazität wird durch verschiedene auswärtige Bedingungen bestimmt. Es ist deshalb vorteilhaft, die arbeitende Kapazität experimentell zu bestimmen.

Zur Regenerierung des Austauschers wird eine Lösung von NaCl verwendet, deren Konzentration mindestens 20% ausmacht.

Ein großer Vorteil des Verfahrens ist die Selektivität des Austauschers. Die Cl-Ionen des Bettes werden praktisch nur zum Austausch der SO₄-Ionen des Wassers verbraucht. Infolge der niedrigen Konzentration der Rohwässer besteht zwischen den aktiven Gruppen des Ionenaustauschers und den mehrwertigen SO₄-Ionen des Wassers eine größere Affinität, als dieselbe zwischen denselben Gruppen und den Cl-Ionen. Dementsprechend nimmt der Austauscher eine relativ große Menge von SO₄-Ionen auf.

Beispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde z. B. auf folgende Weise angewandt:

Das vorbehandelte Wasser hatte folgende Zusammensetzung:

IonenMenge in mg/l Mg 15 Ca 60 Na 45 Cl150 SO₄100

Die Kontrolle des SO₄-Gehaltes in der Lösung während des Betriebs wurde eine Prüflösung hergestellt. Mit dieser Methode wird nur bestimmt, ob die Konzentration der SO₄-Ionen zu der Sättigungskonzentration des CaSO₄ nahe liegt oder nicht. Die Lösung enthält pro l Wasser 20 g BaCl · 2H₂O und 1 ml davon wird zu 10 ml der zu prüfenden Lösung gegeben. Bei einem größeren SO₄-Gehalt fällt das BaSO₄ sofort aus. Bei einem niedrigeren SO₄-Gehalt dauert das Erscheinen des Niederschlags länger. Aus der Lösung fällt kein CaSO₄ aus, wenn die Zugabe der Prüflösung auch nach längerer Zeit, z. B. über die Nacht, keine Fällung verursacht hat.

Für exaktere Bestimmungen kleinerer Mengen SO₄-Ionen verfährt man nach den bekannten Vorschriften der analytischen Chemie.

Zur Vorbehandlung des Rohwassers verwendet man meistens die folgenden zwei Schritte:

1. Mechanische Filtration zur Entfernung von festen Bestandteilen aus dem Wasser
2. Behandlung mit einem stark basischen Anionenaustauscher, um die im Wasser enthaltenen organischen Stoffe, auch Mikroorganismen zu entfernen.

Bei Anwendung der UO ohne Benützung des erfindungsmäßigen Verfahrens wird das vorbehandelte Wasser in die erste UO- Zelle geschüttet, deren eine Wand aus einer semipermeablen Membran besteht. Nach Verschließen der Zelle wird der Inhalt unter einen entsprechenden Druck gesetzt. Das Wasser, dessen Salzgehalt erheblich vermindert wurde, diffundiert aus der Zelle zum großen Teil. Infolge der Entfernung des fast salzfreien Wassers aus der Zelle nimmt die Konzentration der zurückgebliebenen Lösung zu. Das salzarme Wasser wird in eine zweite UO-Zelle gegeben und dort so wie vorher behandelt. Aus dieser Zelle diffundiert Wasser fast ohne Salze durch die Membran aus. Diese Schritte werden manchmal mehrmals wiederholt.

In einem anderen Fall wurde das erfindungsmäßige Verfahren mit dem vorbehandelten Rohwasser ausgeführt:

Ein Austauscherbett aus 500 ml Duolite A 374 wurde zuerst mit 1,5 l 20%-iger NaCl-Lösung, die vorher auch angesäuert wurde, regeneriert. Nach der Regenerierung wurde die Salzlösung aus dem Bett mit angesäuertem Wasser ausgewaschen. Das Wasser wurde angesäuert und auf das vorbereitete Bett gegeben. Es wurde mit 5 l/l Geschwindigkeit durch das Bett geleitet. Der Ausfluß wurde in Portionen von 500 ml aufgefangen und diese mit der Prüflösung geprüft. In den ersten 8 Portionen entstand kein Niederschlag. Es wurden noch weitere Portionen geprüft, die 2 Stunden standen. Diejenigen Portionen, in denen kein Niederschlag entstand, wurden zu den ersteren gegeben. Die so erhaltene Lösung wurde wieder mit UO behandelt. Dieser Schritt wurde noch viermal wiederholt. So wurde ein Konzentrat erhalten, dessen Salzgehalt etwa fünfmal größer war, als der des vorbehandelten Rohwassers.

Es gibt in seltenen Fällen auch solche Rohwässer, in denen Ba-Ionen enthalten sind. Das BaSO₄ ist bekanntlich viel weniger löslich als das CaSO₄. Auch in einem solchen Fall wurde das erfindungsmäßige Verfahren ausprobiert. Die Prüflösung wurde auch dabei angewandt. Es hat sich herausgestellt, daß das erfindungsmäßige Verfahren die Ausfällung des BaSO₄ auch verhindert hat.

Claims

1. Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Ablagerungen von CaSO₄ an der Membran der Umkehr-Osmose(UO)-Zellen, bei deren Anwendung aus einem Rohwasser ein weitgehend salzfreies Wasser hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das auf bekannte Weise vorbehandelte Rohwasser vor Einführung in die UO-Zelle bis pH 3-4 angesäuert und durch einen speziellen, Cl-Ionen enthaltenden schwach basischen Anionenaustauscher geleitet wird, mit dem die SO₄-Ionen des Wassers durch die Cl-Ionen des Austauschers ersetzt werden.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Verhinderung der Bildung von Ablagerungen auf der Membran während der Ausführung der UO, wobei die Ablagerungen aus BaSO₄, oder aus schwerlöslichen Sulfaten anderer Metallionen, oder deren Komplexen bestehen.